DE3621516C2

DE3621516C2 -

Info

Publication number: DE3621516C2
Application number: DE3621516A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. 6752 Winnweiler De Schmitt; Josef Dipl.-Ing. Dr. 7521 Hambruecken De Schoening
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1986-06-27
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1991-07-18
Also published as: US4761260A; CN1010139B; CH672965A5; CN1030322A; JPS639889A; DE3621516A1; TR22893A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernkraftwerk nach dem Ober begriff des Anspruchs 1.The invention relates to a nuclear power plant according to the Ober Concept of claim 1.

Ein derartiges Kernkraftwerk ist aus der DE-OS 33 44 527 bekannt. Es ist mit einer größeren Anzahl von Dampfer zeugern bestückt, die um den zentral angeordneten Reaktor herum gruppiert sind. Die gewonnene Wärme wird vor nehmlich in mehreren sekundären Wasser-Dampf-Kreisläufen zur Stromerzeugung ausgenutzt. Das Kernkraftwerk liefert eine Leistung von 300 bis 600 MWel.Such a nuclear power plant is from DE-OS 33 44 527 known. It is with a larger number of steamers producers equipped around the centrally arranged reactor are grouped around. The heat gained is before in several secondary water-steam cycles exploited to generate electricity. The nuclear power plant delivers an output of 300 to 600 MWel.

Die US-PS 42 99 660 betrifft einen gasgekühlten Hoch temperaturreaktor mit einem sekundärseitigen Zwischenkreis lauf und Wärmetauschern, die zugleich für die betriebliche Wärmeauskopplung und zur Abfuhr der Nachwärme vorge sehen sind.The US-PS 42 99 660 relates to a gas-cooled high temperature reactor with an intermediate circuit on the secondary side run and heat exchangers, which are also for operational Heat extraction and for dissipating the residual heat are seen.

Bekannt ist ferner ein Hochtemperaturreaktor mit kugel förmigen Brennelementen, der besonders geeignet ist zur Erzeugung von Wärmeenergie für Heizzwecke und der eine Leistung von 10 bis 20 MWth hat. Bei diesem sogenannten Heizreaktor, der in der deutschen Offenlegungsschrift 35 18 968.1 beschrieben ist, kann auf aktive Betriebseinrich tungen wie Beschickungsanlage, Regelsysteme und Sicher heitssysteme weitgehend verzichtet werden. Der Reaktor ist in einem unterirdisch installierten Stahlbetonbehälter angeordnet. Infolge seines geringen Wartungsaufwandes ist er für den Einsatz in wenig industrialisierten und schwach besiedelten Gebieten geeignet, die einen niedrigen Wärmeenergiebedarf haben. Wird eine höhere Leistung gefordert, z.B. für den Bedarf großer Wärmenetze für die Nah- und Fernversorgung, so stößt eine Ver vielfachung des Heizreaktors jedoch an wirtschaftliche Grenzen.A high-temperature reactor with a ball is also known shaped fuel elements, which is particularly suitable for Generation of thermal energy for heating purposes and one Has an output of 10 to 20 MWth. With this so-called Heating reactor, which in the German patent application 35 18 968.1 is described, can be set to active operating equipment systems such as loading system, control systems and safety systems are largely dispensed with. The reactor is in an underground reinforced concrete tank arranged. As a result of its low maintenance requirements it is for use in less industrialized and sparsely populated areas have low thermal energy requirements. Will be a higher one Performance required, e.g. for the needs of large heating networks for local and long-distance supply, so a Ver multiplication of the heating reactor to economic Limits.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Kernkraftwerk der eingangs beschriebenen Bauart mit ver einfachtem Aufbau für eine Leistungsgröße von ca. 50 bis 300 MWth zu schaffen, das für die Auskopplung von Wärme für ein Versorgungsnetz geeignet ist und das sich bei Einhaltung aller Sicherheitsanforderungen wirtschaftlich betreiben läßt.The object of the present invention is therefore a Nuclear power plant of the type described above with ver simple structure for a capacity of approx. 50 to 300 MWth to create that for the extraction of heat is suitable for a supply network and that at Compliance with all safety requirements economically can operate.

Gemäß der Erfindung ist die Lösung dieser Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gegeben.According to the invention, this object is achieved by given the features of claim 1.

Bei dem vorgeschlagenen Kernkraftwerk (Heizwerk), das nur für die Gewinnung von Wärme konzipiert ist und nicht der Stromerzeugung dient, ist durch das Vorhandensein mindestens zweier Wärmetauscher sichergestellt, daß eine ausreichende Verfügbarkeit gegeben ist. Durch die Hoch setzung der Wärmetauscher ist zudem die Möglichkeit geschaffen, daß bei Ausfall der Umwälzgebläse die Wärme durch Naturkonvektion abgeführt werden kann. In the proposed nuclear power plant (heating plant) that is only designed for the production of heat and not the electricity generation is due to the existence at least two heat exchangers ensured that one there is sufficient availability. Through the high Placement of the heat exchanger is also an option created that in the event of failure of the circulation fan, the heat can be dissipated by natural convection.

Des weiteren zeichnet sich das erfindungsgemäße Kern kraftwerk durch einen einfachen Aufbau und eine einfache Bedienung sowie durch eine hohe Wirtschaftlichkeit aus. Dabei weist es alle Vorteile auf, die einem Hochtemperatur reaktor innewohnen (negativer Temperatur- und Lei stungskoeffizient, Verwendung von Helium als Kühlmittel, niedriges Verhältnis von Leistungsdichte/Wärmekapazität, hohe Temperaturbeständigkeit der Kerneinbauten und der Brennelemente, niedrige Freisetzungsrate an Spaltprodukten).The core according to the invention is also distinguished power plant by a simple structure and a simple Operation as well as a high level of economy. It has all the advantages of a high temperature reactor inside (negative temperature and lei coefficient of performance, use of helium as coolant, low power density / heat capacity ratio, high temperature resistance of the core internals and the Fuel elements, low release rate of fission products).

Das Kernkraftwerk eignet sich besonders für eine Leistungsgröße von 125 bzw. 250 MWth. Es ist jedoch flexibel in bezug auf die Leistungsgröße, so daß es auch für einen höheren oder nied rigen Leistungsbedarf eingesetzt werden kann.The nuclear power plant is particularly suitable for one Output size of 125 or 250 MWth. However, it is flexible in relation to the power size so that it is also for a higher or lower power requirements can be used.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteran sprüchen sowie der folgenden Beschreibung eines Ausführungs beispiels im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen zu entnehmen. Die Figuren zeigen im einzelnen:Advantageous developments of the invention are the Unteran say and the following description of an embodiment example in connection with the schematic drawings remove. The figures show in detail:

Fig. 1 ein Kreislaufschema für das erfindungsgemäße Kernkraftwerk (Heizwerk), Fig. 1 is a circuit diagram for the inventive nuclear power plant (heating plant),

Fig. 2 einen Vertikalschnitt nach der Linie II-II der Fig. 3 durch den in dem Spannbetondruck behälter angeordneten Teil des Kernkraftwerks, Fig. 2 is a vertical section along the line II-II of Fig. 3 through the container in the prestressed concrete pressure disposed portion of the nuclear power plant,

Fig. 3 einen Horizontalschnitt nach der Linie III-III der Fig. 2 und Fig. 3 is a horizontal section along the line III-III of Fig. 2 and

Fig. 4 eine detaillierte Darstellung der in der Fig. 1 schematisch gezeigten Gebäudeeinschließung des Kernkraftwerks. FIG. 4 shows a detailed illustration of the building enclosure of the nuclear power plant shown schematically in FIG. 1.

Wie die Fig. 1 erkennen läßt, sind in einem zylindrischen Spannbetondruckbehälter 1 ein von oben nach unten von Helium als Kühlgas durchströmter Hochtemperaturreaktor 2 sowie zwei in dem Heliumkreislauf liegende Wärmetauscher 3 angeordnet, denen je ein Umwälzgebläse 4 nachgeschaltet ist. An jeden der beiden Wärmetauscher 3 schließt sich sekundärseitig ein mit Wasser betriebener Zwischenkreislauf 5 an, dessen Komponenten - ein Zwischenwärmetauscher 6 und eine Umwälzpumpe 7 - außer halb des Spannbetondruckbehälters 1 liegen. An die Sekundär seite jedes Zwischenwärmetauschers 6 ist bei diesem Ausfüh rungsbeispiel ein Versorgungsnetz für Nah- oder Fernwärme an gekoppelt. Die aus dem Reaktor 2 abgeführte Wärme kann aber auch zur Erzeugung von Prozeßdampf genutzt werden. As can Figs. 1 recognize a top-down through-flow of helium as the refrigerant gas high temperature reactor 2 and two lying in the helium circulation heat exchanger 3 are arranged in a cylindrical prestressed concrete pressure vessel 1, each of which a circulation fan 4 is followed. Each of the two heat exchangers 3 is connected on the secondary side to a water-operated intermediate circuit 5 , the components of which - an intermediate heat exchanger 6 and a circulation pump 7 - lie outside half of the prestressed concrete pressure vessel 1 . On the secondary side of each intermediate heat exchanger 6 , a supply network for local or district heating is coupled to this embodiment. The heat removed from the reactor 2 can also be used to generate process steam.

Jeder Wärmetauscher 3 ist zugleich für die betriebliche Wärme auskopplung und für die Abfuhr von Nachwärme vorgesehen. Hier zu ist das Kernkraftwerk mit zwei Hilfskreisläufen 8 ausgerü stet, die jeweils einem der beiden Zwischenkreisläufe 5 paral lelgeschaltet sind. Bei Normalbetrieb sind die beiden Hilfs kreisläufe 8 je durch eine Absperrarmatur 9 abgesperrt. Jeder Hilfskreislauf 8 enthält ein Rückkühlsystem 10, das aus einem mit Wasser gefüllten Hochbehälter 11, einem Hilfswärmetauscher 12, einer Umwälzpumpe 13 und einem Naßkühlturm 14 besteht. Durch einen weiteren Kreislauf 15 ist der Naßkühlturm 14 mit dem in dem Hochbehälter 11 angeordneten Hilfswärmetauscher 12 verbunden. Ferner ist jeder Hochbehälter 11 mit einer Abblase leitung 16 ausgerüstet, in welcher sich ein Überdruckventil 17 befindet.Each heat exchanger 3 is simultaneously coupled for operational heat and for the removal of residual heat. Here to the nuclear power plant is stet ausgerü with two auxiliary circuits 8, each one of the two intermediate circuits 5 are lelgeschaltet paral. In normal operation, the two auxiliary circuits 8 are each shut off by a shut-off valve 9 . Each auxiliary circuit 8 contains a recooling system 10 , which consists of an elevated tank 11 filled with water, an auxiliary heat exchanger 12 , a circulating pump 13 and a wet cooling tower 14 . The wet cooling tower 14 is connected to the auxiliary heat exchanger 12 arranged in the elevated tank 11 by a further circuit 15 . Furthermore, each elevated tank 11 is equipped with a blow-off line 16 in which a pressure relief valve 17 is located.

Die Wärmekapazität jedes der beiden Rückkühlsysteme 10 ist so ausgelegt, daß ein Rückkühlsystem ausreicht, um die in allen Betriebs- und Störfällen anfallende Wärme abzuführen. Jeder der beiden Hochbehälter 11 kann eine solche Wassermenge auf nehmen, daß über mehrere Stunden die Wärmeabfuhr allein durch Verdampfung, also ohne Rückkühlung durch den Hilfswärmetauscher 12, möglich ist.The heat capacity of each of the two recooling systems 10 is designed so that one recooling system is sufficient to dissipate the heat that arises in all operating and malfunctions. Each of the two elevated tanks 11 can take on such an amount of water that heat can be removed for several hours solely by evaporation, that is to say without recooling by the auxiliary heat exchanger 12 .

Alle Komponenten des Kernkraftwerks mit Ausnahme der Naßkühl türme 14 sind bei diesem Ausführungsbeispiel von einem Reaktor schutzgebäude 18 umschlossen.All components of the nuclear power plant with the exception of the wet cooling towers 14 are enclosed by a reactor protection building 18 in this embodiment.

In den Fig. 2 und 3 ist im Detail der innerhalb des Spannbe tondruckbehälters 1 befindliche Teil des Kernkraftwerks darge stellt, der in einer großen Kaverne 19 installiert ist. Diese ist mit einem metallischen Liner 20 ausgekleidet. Der Liner 20 weist ein Kühlsystem 21 auf, wie in den Figuren in einem Teil bereich angedeutet. Dieses Kühlsystem ist derart ausgelegt, daß mit ihm die gesamte Nachwärme abgeführt werden kann. In dem Deckenteil des Spannbetondruckbehälters 1 befinden sich zwei je mit einem Deckel 23 verschlossene Durchführungen 22, in denen jeweils eins der beiden Umwälzgebläse 4 installiert ist.In FIGS. 2 and 3 in detail the located within the Prestressed tondruckbehälters 1 part of the nuclear power plant is Darge is installed in a large cavity 19th This is lined with a metallic liner 20 . The liner 20 has a cooling system 21 , as indicated in part in the figures. This cooling system is designed in such a way that all the residual heat can be dissipated with it. In the cover part of the prestressed concrete pressure vessel 1 there are two bushings 22 each closed with a cover 23 , in each of which one of the two circulation fans 4 is installed.

Der Hochtemperaturreaktor 2 ist außermittig in der Kaverne 19 angeordnet, wie die Fig. 3 zeigt. Die beiden Wärmetauscher 3 sind parallel zueinander neben dem Hochtemperaturreaktor 2 auf gestellt bzw. aufgehängt. Dabei sind sie in bezug auf die Höhe des Reaktorkerns nach oben versetzt. Dies hat den Vorteil, daß bei Ausfall der Umwälzgebläse 4 eine Abfuhr der Wärme durch Naturkonvektion möglich ist.The high-temperature reactor 2 is arranged off-center in the cavern 19 , as shown in FIG. 3. The two heat exchangers 3 are placed in parallel to one another next to the high-temperature reactor 2 or suspended. They are offset upwards in relation to the height of the reactor core. This has the advantage that in the event of failure of the circulation fan 4, heat can be removed by natural convection.

Über eine Zuführungsleitung 24 und eine Abführungsleitung 25 für das Sekundärmedium ist jeder Wärmetauscher 3 mit seinem außerhalb des Spannbetondruckbehälters 1 befindlichen Zwischen kreislauf 5 verbunden. Das heiße Helium wird den Wärmetauschern 3 durch je eine Gasführung 26 von unten zugeführt. Durch Gas leiteinrichtungen 27 wird das abgekühlte und in den Umwälzge bläsen 4 verdichtete Helium dem Hochtemperaturreaktor 2 von unten wieder zugeleitet.Via a feed line 24 and a discharge line 25 for the secondary medium, each heat exchanger 3 is connected to its intermediate circuit 5 located outside the prestressed concrete pressure vessel 1 . The hot helium is supplied to the heat exchangers 3 from below by a gas duct 26 each. By gas directing devices 27 , the cooled and blown in the Umwälzge 4 compressed helium to the high-temperature reactor 2 from below again.

Der Kern des Hochtemperaturreaktors 2 besteht aus einer Schüt tung 28 von kugelförmigen Brennelementen, die allseitig von ei nem Graphitreflektor 29 umschlossen ist. Dieser wiederum ist von einem thermischen Schild 30 umgeben. Der Bodenteil des thermischen Schildes 30 stützt sich über eine Vielzahl von La gern 31 auf dem Bodenteil des Spannbetondruckbehälters 1 ab. Unterhalb des Bodenteils des Graphitreflektors 29 befindet sich ein Heißgassammelraum 32, an den sich die Gasführungen 26 anschließen. Das kalte, verdichtete Helium tritt durch Öffnun gen im thermischen Schild 30 in einen von diesem Schild und dem seitlichen Teil des Graphitreflektors 29 gebildeten Ring raum 33, in dem es nach oben zu einem Kaltgassammelraum 34 strömt.The core of the high-temperature reactor 2 consists of a Schüt device 28 of spherical fuel elements, which is enclosed on all sides by egg NEM graphite reflector 29 . This in turn is surrounded by a thermal shield 30 . The bottom part of the thermal shield 30 is supported on a plurality of La like 31 on the bottom part of the prestressed concrete pressure vessel 1 . Below the bottom part of the graphite reflector 29 is a hot gas collecting space 32 , to which the gas guides 26 are connected. The cold, compressed helium occurs through openings in the thermal shield 30 into a ring 33 formed by this shield and the lateral part of the graphite reflector 29 , in which it flows upwards to a cold gas collecting space 34 .

Für die Beschickung der Schüttung 28 mit Brennelementen sind oberhalb des Kerns mehrere Zugaberohre vorgesehen (nicht dar gestellt). Das Abziehen der Brennelemente aus der Schüttung 28 erfolgt über ein Kugelabzugsrohr 35, das sich durch den Bo denteil des Graphitreflektors 29 sowie durch den Spannbeton druckbehälter 1 erstreckt. Die Beschickung erfolgt vorzugswei se in der Art, daß die Brennelemente nach einmaligem Durchlau fen der Schüttung 28 ihren Endabbrand erreicht haben; d.h. sie werden nur einmal in den Reaktor eingegeben.For the loading of the bed 28 with fuel elements, several addition pipes are provided above the core (not shown). The removal of the fuel elements from the bed 28 is carried out via a ball discharge tube 35 which extends through the Bo d part of the graphite reflector 29 and through the prestressed concrete pressure vessel 1 . The loading takes place vorzugswei se in such a way that the fuel elements have reached their final burnup after a single pass through the bed 28 ; ie they are only entered into the reactor once.

Für die Abschaltung und Regelung verfügt der Hochtemperatur reaktor 2 über zwei verschiedene Systeme. Das eine System be steht aus direkt in die Schüttung 28 einfahrbaren Kernstäben 36, die oberhalb des Deckenteils des Graphitreflektors 29 in Rohren 37 geführt sind; die Kernstäbe 36 sind für die Langzeit abschaltung vorgesehen. Das zweite System dient der Regelung und Schnellabschaltung des Hochtemperaturreaktors 2. Es umfaßt sogenannte Reflektorstäbe 38, d.h. in Bohrungen des seitlichen Graphitreflektors bewegbare Absorberstäbe, wie in der Fig. 2 angedeutet.The high-temperature reactor 2 has two different systems for switching off and regulating. One system be consists of core rods 36 which can be inserted directly into the bed 28 and which are guided above the ceiling part of the graphite reflector 29 in tubes 37 ; the core rods 36 are provided for long-term shutdown. The second system is used to control and quickly switch off the high-temperature reactor 2 . It comprises so-called reflector rods 38 , ie absorber rods movable in bores of the lateral graphite reflector, as indicated in FIG. 2.

Die Fig. 4 zeigt detailliert die in der Fig. 1 schematisch dargestellte Umschließung des Kernkraftwerks mit einem Reaktor schutzgebäude. Der Hochtemperaturreaktor 2 und die Wärmetau scher 3 sind wieder nebeneinander in der einzigen Kaverne 19 des Spannbetondruckbehälters 1 installiert. Alle Gebäude, die keine wichtigen Systeme enthalten, sind in konventioneller Bau weise ausgeführt. Hierzu gehört die Reaktorhalle 39, in der ein auf Schienen 40 laufender Kran 41 für Montage- und Demonta gearbeiten vorgesehen ist. Ein weiteres Gebäude 42 dieser Bau weise kann einen Werkstatt- oder Betriebsraum enthalten. Wich tige Systeme wie die Zwischenkreisläufe 5 und die Hilfskreis läufe 8 sind durch eine Bunkerung 43 gegen Einwirkungen von au ßen geschützt. Die den Spannbetondruckbehälter 1 und diese Sy steme enthaltenden Anlagenteile sind teilweise unter der Erd oberfläche 44 installiert. Fig. 4 shows in detail the enclosure shown schematically in Fig. 1 of the nuclear power plant with a reactor protection building. The high-temperature reactor 2 and the Wärmetau shear 3 are again installed side by side in the single cavern 19 of the prestressed concrete pressure vessel 1 . All buildings that do not contain any important systems are designed in a conventional manner. This includes the reactor hall 39 , in which a crane 41 running on rails 40 is provided for assembly and disassembly work. Another building 42 of this construction can contain a workshop or operating room. Important systems such as the intermediate circuits 5 and the auxiliary circuits 8 are protected against external influences by a bunker 43 . The plant parts containing the prestressed concrete pressure vessel 1 and these systems are partially installed beneath the surface 44 of the earth.

Claims

1. Nuclear power plant with a cylindrical prestressed concrete pressure vessel, which has a cavern lined with a liner,

a1) with a high-temperature reactor, the core ( 2 ) of which is formed by a top-to-bottom helium as cooling gas by flowing bed of spherical fuel elements,
b1) as well as with heat exchangers arranged in the cavity and these circulation fans and
b2) at least two heat exchangers ( 3 ), to each of which a circulation blower ( 4 ) is assigned, which are installed parallel to one another next to the high-temperature reactor ( 2 ) in the cavern ( 19 ),

characterized by the following features:

a2) the high-temperature reactor ( 2 ) is arranged off-center in the cavern ( 19 ),
b3) the heat exchangers ( 3 ) being offset upwards in height,
b4) each heat exchanger ( 3 ) is connected on the secondary side to a water-operated intermediate circuit ( 5 ) which, outside the prestressed concrete pressure vessel ( 1 ), comprises an intermediate heat exchanger ( 6 ) and a circulation pump ( 7 ),
b5) the heat exchangers ( 3 ) are also provided for operational heat extraction via the intermediate circuits ( 5 ) and for the removal of residual heat,
c1) each intermediate circuit ( 5 ) is an auxiliary circuit ( 8 ) which is shut off during normal operation and is connected in parallel, which contains a recooling system ( 10 ),
c2) each recooling system ( 10 ) comprises an elevated tank ( 11 ) lying in the auxiliary circuit ( 8 ), filled with water, an auxiliary heat exchanger ( 12 ) standing in the heat exchanger with the elevated tank ( 11 ) and an additional circuit ( 15 ) with the Auxiliary heat exchanger ( 12 ) connected wet cooling tower ( 14 ).

2. Nuclear power plant according to claim 1, characterized in that

c3) the heat capacity of the recooling systems ( 10 ) is designed such that a recooling system ( 10 ) can dissipate the heat in all operating and malfunction cases.

3. Nuclear power plant according to claim 1, characterized in that

b5) that a supply network for local and district heating is coupled to the secondary side of each intermediate heat exchanger ( 6 ).

4. Nuclear power plant according to claim 1, characterized in that

b6) that process steam is coupled out of the nuclear power plant via the secondary side of each intermediate heat exchanger.

5. Nuclear power plant according to claim 1 or 2, characterized in

d) that important systems of the nuclear power plant, such. B. the intermediate and auxiliary circuits ( 5 , 8 ) are bunkered, while the other parts of the system in buildings ( 39 , 42 ) are housed in a conventional design.

6. Nuclear power plant according to claim 1, characterized in that

e) that the cooling system ( 21 ) of the cavern liner ( 20 ) is designed such that with it the entire after heat can be dissipated.